XENSIV™ BGT60LTR11AIP Radar Shield2Go：超小型低功耗雷达传感器的应用与配置

在电子设计领域，雷达传感器的应用越来越广泛，尤其是在智能家居、安防等领域。今天，我们要介绍的是英飞凌（Infineon）的XENSIV™ BGT60LTR11AIP Radar Shield2Go，这是一款超小型、低功耗的60 GHz多普勒雷达传感器，具有天线封装，为工程师和爱好者提供了便捷的雷达应用解决方案。

文件下载：Infineon Technologies XENSIV™ BGT60LTR11AIP雷达Shield2Go.pdf

一、概述

1.1 基本情况

Radar Shield2Go可以独立作为“插件式”雷达传感器使用，例如与Arduino板或其他微控制器配合，仅需两个GPIO（TD和PD）就能检测物体的运动和运动方向。它采用英飞凌的Shield2Go标准PCB，尺寸超小（48.8 mm x 23.9 mm），板上配备两个电位器和开关，方便机械调整雷达的四个QS信号。通过开关还能在自主模式和SPI模式之间切换。

1.2 兼容性与软件支持

该传感器兼容Arduino IDE、Platform.IO（带有Arduino扩展）和英飞凌的ModusToolbox™ SDK。在GitHub上可以找到详细的用户指南，用于集成BGT60LTR11AIP库。不过，在英飞凌的ModusToolbox™ SDK中使用现有库时，需要手动进行集成并使用自定义清单。此外，通过英飞凌的MyIoT适配器，它还能连接到任何具有Arduino Uno外形尺寸的板子。

1.3 关键特性

• 简单的运动和方向检测：仅用两个GPIO就能轻松检测物体的运动和运动方向。
• 可编程性：可在Arduino IDE和Platform.IO（VS Code扩展）中进行编程。
• 可配置的检测范围：检测范围可在0.5 m至7 m之间进行配置。
• LED指示：检测到物体存在或运动方向时，LED会闪烁。
• 可调节设置：通过电位器和开关可调整雷达的设置（QS）。
• 超小尺寸设计：采用英飞凌的Shield2Go格式，尺寸小巧。
• 高性能MMIC：配备60 GHz收发器BGT60LTR11AIP MMIC，具有一个发射单元和一个接收单元。

1.4 潜在应用

• 智能家居电器原型设计：如智能灯具、智能门锁等，可实现人体感应和运动检测功能。
• 安防应用：用于入侵检测、监控等场景。

二、硬件和软件设置

2.1 硬件设置

Radar Shield2Go需要一个MCU来进行通信和运行自定义代码。但即使不连接MCU，只要连接电源，在有物体存在时，方向和运动LED也会闪烁。

• 电源连接：将3.3 V（引脚7）和GND（引脚6）连接到Shield2Go的相应电源引脚，电源需提供至少150 mA的电流。连接电源后，PWR LED会亮起。
• 模式设置：将开关“QS1: mode”拨到左侧位置，将雷达设置为自主模式。
• 推荐MCU：推荐使用英飞凌的XMC™系列开发板（如XMC1100 Boot Kit、XMC4700 Relax Kit）或Arduino板（如Arduino Uno Rev3、MKR1000）。如果使用的MCU电压与雷达不匹配（非3.3 V），则需要进行电平转换。

2.2 软件设置

2.2.1 英飞凌XMC™开发板所需软件

• Segger J-Link（适用于Windows或Linux）
• Arduino IDE（适用于Windows或Linux）
• XMC-for-Arduino（通过Arduino IDE安装）
• 英飞凌GitHub仓库中的Radar BGT60LTR11 Library for Arduino（版本2.0.0或更高，通过Arduino IDE安装）

2.2.2 Arduino所需软件

• Arduino IDE（适用于Windows或Linux）
• 英飞凌GitHub仓库中的Radar BGT60LTR11 Library for Arduino（版本2.0.0或更高，通过Arduino IDE安装）

2.2.3 XMC™微控制器安装说明

• SEGGER J-Link预安装：在Arduino IDE中使用英飞凌XMC™微控制器，需要在PC上安装SEGGER J-Link。如果已经安装了DAVE™，则可以跳过此步骤。
• 使用Arduino IDE与XMC™微控制器：在Arduino IDE的“File > Preferences”中，将以下URL粘贴到“Additional Boards Manager URLs”输入字段中，以将英飞凌的微控制器板添加到Arduino IDE中：

  https://github.com/Infineon/XMC-for-Arduino/releases/latest/download/package_infineon_index.json

  然后导航到“Tools > Board > Boards Manager...”，搜索“XMC”并安装相应的板文件。

三、雷达模式设置

3.1 TD和PD信号

在自主模式下，可以使用电位器和开关机械调整四个QS信号（QS1至QS4）；在SPI模式下，可以通过更改BGT60LTR11AIP寄存器来调整所有QS信号。默认方向信息设置为“接近”，TD和PD引脚的输出电压真值表如下：	输出引脚电压		运动情况	接近/离开
TD	PD
高	高	无	N.A.
低	低	有	离开
低	高	有	接近

3.2 “高级模式”和四态输入

3.2.1 “高级模式”

当数字主控制器从复位状态唤醒时，若PLL_Trig引脚为“0”，芯片以基本模式启动；若该引脚为“1”且QS1为GND或OPEN，则会采样SPIDI和SPICLK引脚以确定PRT（dc_rep_rate）。默认情况下，Radar Shield2Go通过100 kΩ电阻R14连接到VDD_RF（1.5 V），激活“自主模式”和“高级模式”。

3.2.2 四态输入基础

QS1至QS4四态输入允许通过一个输入引脚配置四种不同状态。这些输入在电源启动时由内部主控制器在初始化序列开始时进行采样，采样后更改无效果，可通过设置复位引脚或在寄存器15（Reg15）中写入相应位来触发重新采样。

3.2.3 QS1 – MMIC操作模式

QS1用于选择芯片的操作模式，默认推荐使用（高级）自主模式或SPI模式。高级模式允许为QS2（阈值）和QS3（保持时间）使用15个而不是4个阈值。可通过更改电阻R_QS1来启用/禁用其他模式，具体设置如下：	开关位置 - QS1模式	QS1	MMIC操作模式	PCB配置
左位置（浮动）	开路（默认）	自主脉冲模式	不重要（默认）
右位置	100 kΩ至Vop	启用外部9.6 MHz时钟的SPI模式（FH3840024Z）	R_QS1* = 100 kΩ
右位置	VDD	SPI模式	R_QS1* = 0（默认）

3.2.4 QS2 – 检测器阈值

QS2用于选择检测器阈值，较低的阈值对应较高的检测范围。可通过10 kΩ电位器R_QS2控制，顺时针旋转增加电压和检测阈值，逆时针旋转降低。

3.2.5 QS3 – 检测器保持时间

QS3用于选择“目标检测”输出的保持时间，可通过电位器R_QS3进行调整。不同的电位器电压对应不同的保持时间，具体设置如下：	电位器电压	预期检测器保持时间	测量检测器保持时间	备注
0V	100 ms	小于1s	最左位置
0.112V	500ms	小于1 s
0.279V	1s	1.37s
0.355V	2s	2.21s
0.493V	5s	5.54s
0.713V	30s	30s
0.898V	60s	60s
1.06V	90s	90s
1.134V	2 min.	2 min.
1.248V	5 min.	5 min.
1.452V	15 min.	15min.	最右位置

3.2.6 QS4 – 工作频率

QS4用于通过配置PLL选择设备的工作频率，还取决于日本电子保险丝。可通过Shield2Go上的三态开关“QS4: freq”进行调整，具体设置如下：	开关位置 - QS4模式	QS4	工作频率	PCB配置
左位置	接地	61.1 GHz	不重要
中间位置（浮动）	开路（默认）	61.2 GHz	不重要
右位置	100 kΩ至Vop	61.3 GHz	R_QS4 = 100 kΩ
右位置	VDD	61.4 GHz	R_QS4 = 0（默认）

四、硬件电路

4.1 电源供应

Radar Shield2Go需要连接到3.3 V直流电源，电源需提供至少150 mA的电流。将+3.3 V连接到引脚7，GND连接到引脚6。板上配备了一个150 mA的英飞凌LDO TLS202A1，为雷达IC提供必要的1.5 V电压。

4.2 电平转换器

雷达板配备了3.3 V至1.5 V的电平转换器，负责将电压信号转换为3.3 V，因此所有输入/输出仅适用于3.3 V电压电平。如果要与5 V电平的设备配合使用，则需要进一步的电平转换。英飞凌的MyIoT适配器可提供解决方案，能将3.3 V转换为5 V。

4.3 LED指示灯

Radar Shield2Go配备了四个不同的LED：

• 绿色PWR LED：指示+3V3引脚是否连接到电源。
• 蓝色运动LED：指示雷达检测到的任何运动。
• 红色方向LED：指示物体是接近还是离开。
• 黄色LED1：可通过微控制器的外部GPIO通过P10进行控制，作为自定义用户LED。

4.4 晶体振荡器

MMIC需要一个具有稳定参考时钟、低相位抖动和低相位噪声的振荡器源，振荡器集成在MMIC内部。Radar Shield2Go使用38.4 MHz晶体振荡器，可节省电流消耗。

4.5 外部电容器

BGT60LTR11AIP MMIC采用高度占空比操作，并进行采样和保持（S&H）操作以降低功耗。S&H开关集成在芯片的每个差分IQ混频器输出端口，通过内部状态机同步控制。S&H和高通滤波器（HPF）之间的电容器为外部电容器，C10、C11、C14和C15是5.6 nF的“保持”电容器，可根据不同的脉冲宽度设置进行配置；C8、C9、C12和C13是10 nF的直流阻塞（或高通）电容器，用于获得4 Hz的高通滤波器。

五、PCB设计

5.1 层叠结构和布线

PCB采用四层堆叠结构，使用标准FR4材料。在布线时，BGT60LTR11AIP MMIC上的VTUNE引脚应保持浮空，避免添加任何组件或连接长导线，以免产生杂散信号。为保证雷达性能，GND和PWR层与信号层（顶层和底层）分开，并在MMIC周围保留4至5 cm的椭圆形空间，避免放置任何PCB组件（电源电容器除外）。

5.2 物料清单

文档中详细列出了PCB所需的各种组件，包括电容器、电阻器、LED、开关、MMIC等的型号、封装和数量。

5.3 原理图

文档提供了Radar Shield2Go的原理图，可帮助工程师更好地理解电路结构和信号流向。

六、总结

XENSIV™ BGT60LTR11AIP Radar Shield2Go为工程师和爱好者提供了一个便捷、灵活的雷达传感器解决方案。其超小尺寸、低功耗、可配置性和丰富的功能使其适用于多种应用场景。通过合理的硬件和软件设置，以及对雷达模式和硬件电路的深入理解，我们可以充分发挥该雷达传感器的优势，开发出创新的应用产品。

在实际应用中，我们还需要注意一些重要事项，如软件集成的兼容性、不同电位器设置的实际效果可能存在差异等。同时，在使用前务必仔细阅读相关文档，确保对产品的功能和性能有充分的了解。希望本文能为大家在使用XENSIV™ BGT60LTR11AIP Radar Shield2Go时提供一些帮助和参考。你在使用这款雷达传感器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。